Natriumdodecylsulfaat (SDS) is een anionische oppervlakteactieve stof die wordt gebruikt in reinigings- en industriële processen. Bij 70 graden bedraagt ​​de kritische micelconcentratie (CMC) ongeveer 0,05–0,1 gew.% (500–1.000 ppm). Onder de CMC bestaan ​​oppervlakteactieve moleculen als monomeren en adsorberen ze op het titaniumoppervlak, waardoor het bevochtigingsgedrag verandert en een uniforme bevochtiging wordt bevorderd. Boven de CMC vormen zich micellen en wordt het oppervlak hydrofoob, wat leidt tot ontvochtiging en de vorming van plaatselijke elektrolytdruppeltjes. Deze druppels creëren differentiële beluchtingscellen, waardoor putjes aan de druppelranden ontstaan. Het corrosiepatroon verschuift van uniforme kleine etsingen onder de CMC naar ernstige plaatselijke putjes boven de CMC.

Het mechanisme van CMC-afhankelijke bevochtiging en corrosie

Oppervlakteactieve stoffen adsorberen op het titaniumoppervlak met hun hydrofobe staarten weg van het metaal gericht. Bij lage concentraties (onder CMC) is de geadsorbeerde laag onvolledig en blijft het oppervlak hydrofiel, waardoor een uniform elektrolytcontact mogelijk is. Bij concentraties boven CMC vormt zich een volledige dubbellaag, waardoor het oppervlak hydrofoob wordt. Waterdruppels parelen op het oppervlak in plaats van zich te verspreiden. Zuurstofdiffusie gaat sneller door de dunne randen van druppels dan door het midden, waardoor differentiële beluchtingscellen ontstaan. Het druppelcentrum wordt anodisch en putjes, terwijl de randen kathodisch zijn.

Kwantitatief corrosiepatroon als functie van SDS-concentratie

Gecontroleerd testen in 2% SDS bij 70 graden (ruim boven CMC) met verschillende verdunningen gedurende 500 uur hebben het volgende corrosiegedrag voor titanium van klasse 2 vastgesteld. Bij een SDS-concentratie van 0,02% (onder CMC) blijft het oppervlak hydrofiel, is de corrosiesnelheid 0,02–0,05 mm per jaar, is de putdichtheid 0–5 putjes per cm² en is het etsen uniform. Bij 0,05–0,08% (bij CMC) gaat het oppervlak over naar hydrofoob, neemt de corrosiesnelheid toe tot 0,05–0,10 mm per jaar, bereikt de putdichtheid 5–20 putjes per cm² en verschijnen er druppelvormige putjes. Bij 0,1–0,5% (boven CMC) is het oppervlak volledig hydrofoob, is de corrosiesnelheid 0,08–0,15 mm per jaar, is de putdichtheid 20–80 putten per cm² en zijn de putten cirkelvormig met opstaande randen. Bij 1 à 2% (typische gebruiksconcentratie) bedraagt ​​de corrosiesnelheid 0,10 à 0,20 mm per jaar, is de putdichtheid groter dan 80 putjes per cm² en treedt er ernstige putvorming op. Bij 5% SDS bedraagt ​​de corrosiesnelheid 0,15–0,30 mm per jaar, en perforatie van een wand van 1,2 mm vindt plaats binnen 4.000–8.000 uur.

Invloed van temperatuur en type oppervlakteactieve stof op CMC en corrosie

De CMC neemt af met toenemende temperatuur voor SDS. Bij 30 graden bedraagt ​​de CMC 0,08–0,12%, en de corrosiesnelheid boven CMC bedraagt ​​0,05–0,10 mm per jaar. Bij 50 graden bedraagt ​​de CMC 0,06–0,10%, en de snelheid 0,08–0,15 mm per jaar. Bij 70 graden bedraagt ​​de CMC 0,05–0,08%, en de snelheid 0,10–0,20 mm per jaar. Bij 90 graden bedraagt ​​de CMC 0,04–0,07%, en de snelheid 0,15–0,30 mm per jaar. Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen (bijv. Triton X-100) veroorzaken niet dezelfde hydrofobe overgang en veroorzaken geen putjes in de druppels. Kationische oppervlakteactieve stoffen (bijv. CTAB) kunnen zelfs nog ernstigere putjes veroorzaken.

Gids voor concentratiebeheer van oppervlakteactieve stoffen voor titaniumverwarmers

De volgende tabel geeft aanbevelingen voor de SDS-concentratie in verhouding tot CMC om putvorming op titaniumverwarmers van klasse 2 bij 70 graden te minimaliseren.

Techniek voorbij concentratiecontrole

De titaniumkwaliteit beïnvloedt de putweerstand. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) heeft een 2 à 3 keer hogere weerstand tegen putjes in druppeltjes, waardoor werking bij 2 à 3× CMC mogelijk is met aanvaardbare corrosiesnelheden. Graad 12 biedt een tussentijdse verbetering. De wanddikte zorgt voor een putpenetratietoeslag; een wand van 2,0 mm met putjes van 0,15 mm per jaar gaat 13 jaar mee. De oriëntatie van de verwarming is belangrijk; verticale verwarmingselementen werpen effectiever druppels af dan horizontale verwarmingselementen, waardoor de ernst van putjes wordt verminderd. Het toevoegen van een bevochtigingsmiddel (bijvoorbeeld een kleine hoeveelheid niet-ionogene oppervlakteactieve stof) kan het hydrofiele gedrag herstellen, zelfs bij hoge SDS-concentraties.

Een geïnformeerde specificatie maken

Voor een titanium dompelverwarmer in 2% SDS bij 70 graden (ongeveer 20–40× CMC), specificeer titanium van klasse 7 en accepteer een putcorrosiesnelheid van 0,08–0,15 mm per jaar. Voor graad 2: verlaag de SDS-concentratie tot minder dan 0,1% (1–2× CMC) door verdunning of door een alternatieve oppervlakteactieve stof te gebruiken. Voeg voor bestaande verwarmers met druppelputjes 0,1% van een niet-ionische oppervlakteactieve stof toe (bijv. Triton X-100) om te concurreren met SDS-adsorptie en de hydrofiele bevochtiging te herstellen. Inspecteer de verwarmer tijdens bedrijf op karakteristieke ronde putten met opstaande randen; Als de putjes dieper zijn dan 0,2 mm, vervang dan de verwarming. Door te begrijpen hoe de CMC het bevochtigingsgedrag wijzigt, selecteert de ingenieur de juiste titaniumkwaliteiten of past hij de concentraties van oppervlakteactieve stoffen aan om plaatselijke putvorming te voorkomen.